關于改善海上自卸砂船穩性相關問題的探討

陳輝

（揚州海事局，江蘇 揚州 225009）

1 前言

自卸砂船以其特殊的構造，能夠實現快速卸貨，在沿海填海工程中發揮了重要作用。但是，海上自卸砂船仍存在非法改裝船舶、超載運輸、非法采礦、雇傭無證人員參與船舶營運、逃避海事管理機構監管等一系列問題，船舶安全無法得到保障，易發生重大水上交通事故，造成群死群傷事故發生。

2019 年10 月5 日，平潭綜合實驗區晟海船務有限公司所屬的“東泓”輪在臺灣淺灘附近水域處錨泊期間翻沉，船上11 人失蹤，構成重大等級水上交通事故。2020 年7 月25 日，“宏翔819”輪在臺灣淺灘附近水域吸砂作業過程中翻沉，船上9 人遇險，其中1 人獲救，4 人死亡，4 人失蹤，構成較大等級水上交通事故。

近年來，海上自卸砂船事故頻發，均造成較大人員傷亡和財產損失。通過對目前已發布的自卸砂船事故原因進行歸納總結，導致事故發生多為公司管理、船員操作、惡劣天氣等方面原因。但自卸砂船發生事故時，較多情況下為船舶短時間內翻沉，在目前可查詢的報道中，未見有自卸砂船斷裂等方面的報道。船舶翻沉原因較多，最主要還是船舶穩性喪失。如何通過技術手段，提高自卸砂船的穩性，是迫切需要解決的問題。

2 影響自卸砂船穩性的因素

2.1 重心高度的影響

自卸砂船之所以具有快速自卸的優點，關鍵在于其貨艙底部的形狀。自卸砂船的貨艙開口呈長大形狀，其下部沿縱向設置的全通斜壁（貨艙傾斜底板），使其橫剖面呈V 字型，貨物由于重力作用，沿著V 型斜壁自動滑移到貨艙底部，通過貨艙底部正中間的卸貨口，滑落到沿縱向循環運轉的卸貨皮帶上來完成卸載。V 型貨艙斜底板雖然具有散貨自行滑移的優點，但也會導致另一個缺點：貨物的重心以及船舶的總重心高高在上。V型貨艙底的橫剖面近似一個倒立的三角形，使得貨艙的艙容幾乎減少一半，只有在高于斜底板以上，貨艙的形狀才近似長方體，為達到設計的艙容，只能以升高貨艙圍板高度來實現或者通過貨物積載于貨艙上部甚至貨艙圍板之上的裝載方式，導致貨物的重心高高在上，容易形成超過最大許用重心高度的不良裝載狀況。此時，船舶在某些微小因素影響下，極容易出現傾覆的危險[1]。

2.2 自由液面的影響

形成自由液面的原因，存在多種情況，一是抽吸的海砂中含水量較大，砂斗內存在大量積水，從而產生自由液面，對船舶穩性產生不良的影響；二是砂斗底部為非水密結構，船舶在吸砂時或在雨天航行時水可通過砂斗底部滲漏到砂艙內，造成艙底水槽積水，從而產生自由液面，對船舶穩性產生不良的影響；三是在惡劣海況條件下，船舶發生縱傾，由于首部輸送帶出口部分較為容易進水，也易形成自由液面。

自由液面會對初穩性高度和穩性曲線產生影響，自由液面寬度越大，則自由液面慣性矩越大，影響越顯著。自卸砂船由于貨艙雙層底內存在自由液面，故導致初穩性高降低，穩性變差[2]。

2.3 貨物橫向移動的影響

一是在貨艙內的貨物會發生橫向移動，使船舶產生一個橫傾力矩，并減小了進水角，對船舶的穩性產生非常不利的影響。二是如果船舶貨物堆裝超過艙口圍頂部，超出部分的貨物在航行中也會發生橫向移動。

3 自卸砂船/自吸自卸砂船現行技術法規存在的問題

3.1 關于船舶艙口蓋的設置

《國內航行海船法定檢驗技術規則2020》第11 篇4 章對自卸/自吸自卸砂船提出了相關的附加要求。第2 節4.2.1（2）：貨艙口和輸砂出口如未能按上述（1）要求設置艙蓋，應滿足相關要求[3]。自《國內航行海船法定檢驗技術規則2020》生效后，新建自卸砂船絕大部分均未設置艙蓋。因為設置艙蓋是不利于其快速裝卸貨物的；同時，根據自卸砂船船舶所有人逐利的本質，超載行為較為常見，不設置艙口蓋，從一定程度上相當于放縱自卸砂船的超載。

3.2 關于船舶穩性的計算

《國內航行海船法定檢驗技術規則2020》第11 篇4 章4.2.2.2：貨艙口和輸砂出口如未能按本節4.2.1.1（1）要求設置風雨密艙口蓋，在各載砂工況下，應計入砂層表面存在海水自由液面對穩性的影響。此處考慮到了自由液面的影響問題，在計算過程中可能考慮的是船舶正常工況（圖1）下的穩性，而未考慮到船舶實際裝載情況下（圖2）船舶穩性計算。

圖1

圖2

一旦裝載的不均勻或者航行過程中存在風浪情況，可能出現（圖3）的狀況，則船舶會出現橫傾，并且情況會逐漸惡化。

4 改善自卸砂船穩性的相關建議

4.1 改進優化自吸自卸/自卸砂船的船型設計

針對目前自卸砂船多采用V 型或者W 型艙口，為減小自由液面影響，降低船舶重心高度。建議參照礦石船舶的建造設計（圖4）。在原艙口高度不變的情況下，設置頂邊艙。

圖4

一是可以降低重心高度，在接近艙口圍頂部的部分，貨艙裝載量較原設計要少，有效降低重心高度；二是頂邊艙的設計可以有效增加儲備浮力；三是貨艙口的寬度變小，貨物從中部開始裝載，有利于在裝貨時貨物裝載的均勻性，防止出現貨物在一側堆積造成橫傾；四是在貨艙和艙口圍區域的自由液面減小，可以有效降低自由液面的影響；五是可以增加船舶的縱向結構強度，利于船舶的安全。

4.2 強化船舶的穩性計算

從目前見諸報端的，無論是內河自卸砂船還是海上自卸砂船，船舶翻扣的情形較為常見。要對自卸砂船穩性方面進行詳細的研究。穩性計算應考慮各種極端情況，比如不加艙口蓋的自卸砂船，應考慮海砂自然堆高超出艙口圍頂部條件下的穩性計算。

4.3 對輸送帶位置進行重新布置

目前自卸砂船/自吸自卸砂船的輸送架均布置在船舶前方，在進行填海或者碼頭條件較差情況下，具備一定的優勢。但是也存在一定的缺陷，一是導致船舶盲區加大，影響駕駛員的視線；二是首樓前部存在缺口，且根據2020 法規，首樓艙口可不設置艙蓋，在船舶縱傾條件下，船首上浪，容易發生船頭進水的情況。

建議可采用輸送帶布置在尾樓與貨艙之間的位置（圖5），此類輸送架可以旋轉，調整輸送角度。一是可以減少船舶的盲區，避免輸送架影響駕駛員的視線；二是船舶可保持水密的完整性，減少首部上浪時船體進水的風險。

圖5

4.4 貨艙應安裝鋼質艙口蓋

《國內航行海船法定檢驗技術規則2020》對自卸砂船的附加要求中，在一定條件下可不設置艙口蓋。根據現場實際情況，按照之前法規建造的自卸砂船，也基本上采用的是吊離式艙口蓋，船舶所有人在使用過程中基本會棄之不用，主要是為了便于裝卸貨及從事非法活動時超載。

建議自卸砂船應安裝鋼質風雨密艙口蓋，且艙口蓋不應采用吊離式艙口蓋，可采用折疊式艙口蓋或者側移式艙口蓋。在船舶裝載完畢后，應蓋上艙口蓋。加裝艙口蓋在一定程度上可減少船舶超載的可能。

4.5 船舶應設置舭龍骨

在船舶建造時應加裝舭龍骨，在舭部距離橫搖中心最遠的部位設置舭龍骨，使得船舶的橫搖角減小，最小傾覆力臂增大，使得穩性得到改善。